KR20110124076A - Particle separating unit and particle separating system using the same - Google Patents

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Abstract

PURPOSE: A particle separating unit and a particle separating system using the same are provided to improve the accuracy of a particle separating process with respect to three or more kinds of particles contained in first fluid. CONSTITUTION: A particle separating unit(10) includes a substrate on which a micro channel(20) is formed. The micro channel includes a first supplying flow path(21), a second supplying flow path(22), and a first integrated flow path(23). First fluid containing three or more kinds of particles of different sizes and refractive indexes is introduced into the first supplying flow path. Second fluid without a particle is introduced into the second supplying flow path. The first integrated flow path is in connection with the supplying flow paths and receives the first fluid and the second fluid. A laser beam irradiating region(26) is arranged in the first integrated flow path to separate the particles contained in the first fluid.

Description

입자 분리 유닛 및 이를 이용한 입자 분리 시스템 {PARTICLE SEPARATING UNIT AND PARTICLE SEPARATING SYSTEM USING THE SAME}Particle Separation Unit and Particle Separation System Using the Same {PARTICLE SEPARATING UNIT AND PARTICLE SEPARATING SYSTEM USING THE SAME}

본 발명은 입자 분리 시스템에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 유체 내부의 각종 입자들을 크기에 따라 종류 별로 분리시킬 수 있는 입자 분리 유닛에 관한 것이다.The present invention relates to a particle separation system, and more particularly, to a particle separation unit that can separate the various particles in the fluid by type depending on the size.

최근들어 미소량의 물질을 이용한 진단 및 합성에 대한 요구가 증가하면서 랩온어칩(lab-on-a-chip) 등의 마이크로 스케일 시스템에 대한 수요가 높아지고 있다. 미소량의 물질을 분리하고 제어하는 기술은 특히 의료, 화학, 및 생물학 분야에서 매우 중요하다.Recently, as the demand for diagnosis and synthesis using a small amount of materials increases, the demand for micro-scale systems such as lab-on-a-chip is increasing. Techniques for separating and controlling small amounts of material are particularly important in the medical, chemical, and biological fields.

랩온어칩은 칩 속의 실험실 또는 칩 위의 실험실을 의미하며, 주로 유리, 고분자 수지, 실리콘 등으로 제조된 기판에 나노리터 이하의 미세 채널을 만들고, 미세 채널을 통해 수 나노리터 정도의 액체 시료를 이동시킴으로써 기존의 실험이나 연구 과정을 신속하게 수행할 수 있도록 개발된 것이다.Lab-on-a-chip means a lab in a chip or a lab on a chip.It creates microchannels of less than nanoliters on a substrate made mainly of glass, polymer resin, silicon, etc., and produces several nanoliters of liquid sample through the microchannel. It was developed to move quickly through existing experiments or research processes.

이러한 랩온어칩 기술에 기반한 입자 분리 시스템이 연구되고 있다. 그러나 종래의 입자 분리 시스템들은 복잡한 구조와 복잡한 분리 매커니즘을 가지고 있으며, 분리 정밀도가 낮은 한계가 있다.Particle separation systems based on these lab-on-a-chip technologies have been studied. However, conventional particle separation systems have a complicated structure and a complicated separation mechanism, and the separation precision is limited.

본 발명은 랩온어칩 기술에 기반한 입자 분리 시스템에 있어서, 상대적으로 단순한 구조와 분리 매커니즘을 가지면서 높은 정밀도로 입자들을 분리할 수 있는 입자 분리 유닛 및 이를 이용한 입자 분리 시스템을 제공하고자 한다.The present invention is to provide a particle separation unit and a particle separation system using the same in the particle separation system based on the lab-on-a-chip technology capable of separating particles with high precision while having a relatively simple structure and separation mechanism.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 유닛은 일면에 미세 유로를 형성한 기판을 포함한다. 미세 유로는, ⅰ) 크기와 굴절률이 다른 적어도 세 종류의 입자들을 포함하는 제1 유체가 투입되는 제1 공급 유로와, ⅱ) 제1 공급 유로에 대해 예각의 경사각을 두고 배치되며, 입자를 포함하지 않는 제2 유체가 투입되는 제2 공급 유로와, ⅲ) 제1 공급 유로 및 제2 공급 유로와 연결되어 제1 유체 및 제2 유체를 제공받으며, 레이저 빔을 조사받아 레이저 빔에 의한 광력으로 제1 유체의 입자들을 크기별로 분리시키는 레이저 빔 조사 영역을 구비하는 제1 통합 유로를 포함한다. 제1 통합 유로는 제1 유체의 입자들 중 가장 큰 입자와 가장 작은 입자의 크기 차이값의 1배 내지 2배의 폭을 가질 수 있다.The particle separation unit according to an embodiment of the present invention includes a substrate on which a fine flow path is formed. The fine flow path is arranged to include: i) a first supply flow path into which a first fluid containing at least three kinds of particles having different sizes and refractive indices is injected, and ii) an inclination angle with respect to the first supply flow path, and including particles. A second supply flow path into which a second fluid which does not enter is supplied; and iii) a first fluid flow path and a second fluid flow path connected to the first supply flow path and the second supply flow path. And a first integrated flow path having a laser beam irradiation area for separating particles of the first fluid by size. The first integrated flow path may have a width that is one to two times the size difference between the largest and smallest particles among the particles of the first fluid.

기판은 유리, 고분자 수지, 및 실리콘 중 어느 하나로 제조되며, 미세 유로는 소프트 리소그래피 공정으로 형성될 수 있다.The substrate is made of any one of glass, polymer resin, and silicon, and the microchannel can be formed by a soft lithography process.

제1 공급 유로와 제2 공급 유로는 직선으로 형성되며, 제2 공급 유로는 제1 공급 유로보다 큰 폭을 가질 수 있다. 제1 통합 유로는 제1 공급 유로와 평행하게 위치할 수 있다.The first supply flow path and the second supply flow path may be formed in a straight line, and the second supply flow path may have a width larger than that of the first supply flow path. The first integrated flow path may be located parallel to the first supply flow path.

입자 분리 유닛은 제1 통합 유로의 한쪽 벽면에 설치되어 제1 통합 유로의 폭 방향을 따라 레이저 빔을 조사하는 광 파이버를 더 포함할 수 있다. 제1 통합 유로는 제1 공급 유로와 이어지는 제1 벽면과 제2 공급 유로와 이어지는 제2 벽면을 포함하며, 광 파이버는 제1 벽면에 설치될 수 있다.The particle separation unit may further include an optical fiber installed on one wall of the first integrated flow path and irradiating a laser beam along the width direction of the first integrated flow path. The first integrated flow path includes a first wall surface connected to the first supply flow path and a second wall surface connected to the second supply flow path, and the optical fiber may be installed on the first wall surface.

제1 통합 유로는 레이저 빔 조사 영역을 지나 곡선 유로를 거쳐 제2 통합 유로와 연결될 수 있다. 곡선 유로는 제2 벽면을 향해 굽은 모양으로 형성되며, 유체 흐름 방향을 따라 점진적으로 확대되는 폭을 가질 수 있다. 곡선 유로는 제1 벽면과 이어지는 제3 벽면과, 제2 벽면과 이어지는 제4 벽면을 포함하며, 제3 벽면은 제4 벽면보다 큰 길이와 큰 곡률 반경을 가질 수 있다.The first integrated flow path may be connected to the second integrated flow path through the laser beam irradiation area and through the curved flow path. The curved flow path is formed to be bent toward the second wall surface and may have a width gradually expanding along the fluid flow direction. The curved flow path may include a third wall surface connected to the first wall surface and a fourth wall surface connected to the second wall surface, and the third wall surface may have a larger length and a larger radius of curvature than the fourth wall surface.

제2 통합 유로는 곡선 유로의 최대 폭과 같은 폭을 가지며 직선으로 형성될 수 있다. 제2 통합 유로의 폭은 제1 통합 유로 폭의 10배 내지 30배일 수 있다. 제2 통합 유로는 복수의 배출 유로와 연결되며, 복수의 배출 유로는 분리된 입자들의 궤적에 대응하여 위치할 수 있다.The second integrated flow passage may have a width equal to the maximum width of the curved flow passage and may be formed in a straight line. The width of the second integration channel may be 10 to 30 times the width of the first integration channel. The second integrated flow passage may be connected to the plurality of discharge passages, and the plurality of discharge passages may be located in correspondence with the trajectory of the separated particles.

본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 시스템은, 전술한 입자 분리 유닛과, 공급 배관을 통해 입자 분리 유닛과 연결되어 입자 분리 유닛으로 제1 유체와 제2 유체 중 적어도 하나의 유체를 공급하는 유체 공급 장치와, 입자 분리 유닛으로 레이저 빔을 제공하는 레이저 발진 장치를 포함한다.Particle separation system according to an embodiment of the present invention, a fluid which is connected to the particle separation unit through the above-described particle separation unit and the supply pipe to supply at least one of the first fluid and the second fluid to the particle separation unit And a laser oscillation device for supplying a laser beam to the particle separation unit.

입자 분리 시스템은 입자 분리 유닛으로 조명 빛을 제공하는 조명 장치와, 입자 분리 유닛을 촬영하는 촬영 장치를 더 포함할 수 있다. 조명 장치는 적색 발광 다이오드와, 적색 발광 다이오드의 광량을 제어하는 전원 조절부를 포함할 수 있다. 촬영 장치는 촬상 카메라와 미러 및 간섭 필터를 포함하며, 촬영 카메라에서 획득한 영상을 모니터로 출력할 수 있다.The particle separation system may further include an illumination device for providing illumination light to the particle separation unit, and an imaging device for imaging the particle separation unit. The lighting apparatus may include a red light emitting diode and a power control unit for controlling the amount of light of the red light emitting diode. The photographing apparatus includes an imaging camera, a mirror, and an interference filter, and may output an image obtained from the photographing camera to a monitor.

본 실시예의 입자 분리 시스템은 레이저 빔에 의한 광력과 제1 통합 유로의 확장된 폭을 이용함에 따라, 제1 유체에 포함된 세 종류 이상의 입자들을 크기별로 정확하게 분리시킬 수 있다. 본 실시예의 입자 분리 시스템은 의료 진단, 화학 성분 분석 및 합성, 실시간 환경 모니터링, 및 랩온어칩(lab-on-a-chip) 장치 개발 등에 유용하게 적용될 수 있다.According to the particle separation system of the present embodiment, three or more kinds of particles included in the first fluid can be accurately separated according to sizes by using the optical power generated by the laser beam and the expanded width of the first integrated flow path. The particle separation system of the present embodiment can be usefully applied to medical diagnostics, chemical composition analysis and synthesis, real-time environmental monitoring, and development of lab-on-a-chip devices.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 시스템의 구성도이다.
도 2는 도 1에 도시한 입자 분리 시스템 중 입자 분리 유닛의 평면도이다.1 is a block diagram of a particle separation system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a plan view of the particle separation unit of the particle separation system shown in FIG. 1.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. As those skilled in the art would realize, the described embodiments may be modified in various different ways, all without departing from the spirit or scope of the present invention.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 입자 분리 시스템의 구성도이고, 도 2는 도 1에 도시한 입자 분리 시스템 중 입자 분리 유닛의 평면도이다.1 is a block diagram of a particle separation system according to an embodiment of the present invention, Figure 2 is a plan view of a particle separation unit of the particle separation system shown in FIG.

도 1과 도 2를 참고하면, 본 실시예의 입자 분리 시스템(100)은 미세 유로(20)를 형성하는 입자 분리 유닛(10)과, 입자 분리 유닛(10)에 유체를 공급하는 유체 공급 장치(30)와, 입자 분리 유닛(10)에 레이저 빔을 조사하는 레이저 발진 장치(40)와, 입자 분리 유닛(10)에 빛을 제공하는 조명 장치(50)와, 입자 분리 유닛(10)을 촬영하는 촬영 장치(60)를 포함한다.1 and 2, the particle separation system 100 of the present embodiment includes a particle separation unit 10 forming a fine flow path 20, and a fluid supply device supplying a fluid to the particle separation unit 10 ( 30, a laser oscillation device 40 for irradiating a laser beam to the particle separation unit 10, an illumination device 50 for providing light to the particle separation unit 10, and a particle separation unit 10 It includes a photographing device 60.

입자 분리 유닛(10)은 기판(11)과, 기판(11)의 일면에 오목하게 형성된 미세 유로(20)를 포함한다. 기판(11)은 일정한 두께를 가지며, 유리, 고분자 수지, 및 실리콘 중 어느 하나로 제조될 수 있다. 예를 들어, 기판(11)은 폴리디메틸실록산(PDMS)으로 제조될 수 있고, 미세 유로(20)는 소프트 리소그래피 공정으로 형성될 수 있다.The particle separation unit 10 includes a substrate 11 and a fine flow path 20 formed concave on one surface of the substrate 11. The substrate 11 has a constant thickness and may be made of any one of glass, polymer resin, and silicon. For example, the substrate 11 may be made of polydimethylsiloxane (PDMS), and the fine flow path 20 may be formed by a soft lithography process.

미세 유로(20)는 제1 공급 유로(21), 제2 공급 유로(22), 제1 통합 유로(23), 제2 통합 유로(24), 및 복수의 배출 유로(25)를 포함한다. 미세 유로(20)는 각 부분별로 다른 폭을 가지나 깊이는 일정하게 형성된다. 예를 들어, 미세 유로(20)의 깊이는 대략 100㎛일 수 있다.The fine flow path 20 includes a first supply flow path 21, a second supply flow path 22, a first integration flow path 23, a second integration flow path 24, and a plurality of discharge flow paths 25. The fine flow path 20 has a different width for each part, but the depth is formed to be constant. For example, the depth of the micro channel 20 may be approximately 100 μm.

제1 공급 유로(21)는 직선으로 형성되며, 일정한 폭(w1)을 가진다. 제1 공급 유로(21)의 입구측 일단에는 제1 유체를 공급받는 원형의 인렛 공간(211)이 형성될 수 있다. 제1 공급 유로(21)에 투입되는 제1 유체는 크기와 굴절률이 상이한 복수의 입자들을 포함한다.The first supply flow passage 21 is formed in a straight line and has a constant width w1. A circular inlet space 211 may be formed at one end of the inlet side of the first supply channel 21 to receive the first fluid. The first fluid introduced into the first supply passage 21 includes a plurality of particles having different sizes and refractive indices.

제2 공급 유로(22)는 직선으로 형성되며, 일정한 폭(w2)을 가진다. 제2 공급 유로(22)의 입구측 일단에는 제2 유체를 공급받는 원형의 인렛 공간(221)이 형성될 수 있다. 제2 공급 유로(22)의 출구측 일단은 제1 공급 유로(21)와 합쳐져 제1 통합 유로(23)와 연결된다. 제2 공급 유로(22)에 투입되는 제2 유체는 입자들을 포함하지 않는다.The second supply flow passage 22 is formed in a straight line and has a constant width w2. At one end of the inlet side of the second supply passage 22, a circular inlet space 221 may be formed to receive the second fluid. One end of the outlet side of the second supply flow passage 22 is combined with the first supply flow passage 21 and connected to the first integrated flow passage 23. The second fluid introduced into the second supply flow passage 22 does not contain particles.

예를 들어, 제1 유체는 적혈구와 백혈구 및 각종 세포들을 포함하는 혈액 성분일 수 있고, 제2 유체는 생리 식염수와 물의 혼합물일 수 있다. 이 경우, 입자 분리 유닛(10)은 제1 유체에 포함된 적혈구와 백혈구 및 각종 세포들을 그 크기에 따라 종류별로 분리시킬 수 있다.For example, the first fluid may be a blood component comprising red blood cells and white blood cells and various cells, and the second fluid may be a mixture of physiological saline and water. In this case, the particle separation unit 10 may separate red blood cells, white blood cells, and various cells included in the first fluid according to their size.

제1 통합 유로(23)는 제1 공급 유로(21) 및 제2 공급 유로(22)와 연결되어 각 공급 유로(21, 22)로 투입된 제1 유체와 제2 유체를 제공받는다. 제1 통합 유로(23)는 직선으로 형성되며, 일정한 폭(w3)을 가진다. 제1 통합 유로(23)는 제1 공급 유로(21)와 평행하게 위치할 수 있으며, 제2 공급 유로(22)는 제1 공급 유로(21)에 대해 예각의 경사각을 두고 비스듬하게 배치될 수 있다. 이 경우 제2 공급 유로(22)는 제1 통합 유로(23)에 대해 둔각의 경사각으로 배치된다.The first integrated flow passage 23 is connected to the first supply flow passage 21 and the second supply flow passage 22 to receive the first fluid and the second fluid introduced into the respective supply flow passages 21 and 22. The first integrated flow path 23 is formed in a straight line and has a constant width w3. The first integrated flow path 23 may be positioned in parallel with the first supply flow path 21, and the second supply flow path 22 may be disposed obliquely at an acute angle with respect to the first supply flow path 21. have. In this case, the second supply flow passage 22 is disposed at an obtuse angle with respect to the first integrated flow passage 23.

전술한 제1 및 제2 공급 유로(21, 22) 및 제1 통합 유로(23)의 배치 형태에 따라, 제2 유체는 제1 유체를 제1 통합 유로(23)의 한쪽 벽면으로 집중시키는 역할을 한다. 즉, 제1 통합 유로(23)는 제1 공급 유로(21)와 이어지는 제1 벽면(231)과, 제2 공급 유로(22)와 이어지는 제2 벽면(232)을 포함하며, 제2 유체는 제1 공급 유로(21)와 이어지는 제1 벽면(231)으로 제1 유체를 집중시킨다.According to the arrangement of the first and second supply flow passages 21 and 22 and the first integrated flow passage 23 described above, the second fluid concentrates the first fluid on one wall surface of the first integrated flow passage 23. Do it. That is, the first integrated flow path 23 includes a first wall surface 231 connected to the first supply flow path 21, and a second wall surface 232 connected to the second supply flow path 22. The first fluid is concentrated to the first wall 231 which is connected to the first supply passage 21.

이로써 제1 유체에 포함된 다양한 크기의 입자들은 제1 통합 유로(23)의 제1 벽면(231)으로 밀리며, 제1 벽면(231)을 따라 이동한다. 이때 제2 공급 유로(22)는 제1 공급 유로(21)보다 큰 폭으로 형성될 수 있다(w2>w1). 따라서 제1 통합 유로(23)로 투입되는 제2 유체의 유량을 제1 유체의 유량보다 크게 하여 제1 유체를 제1 벽면(231)을 향해 효과적으로 집중시킬 수 있다.As a result, particles of various sizes included in the first fluid are pushed to the first wall surface 231 of the first integrated flow path 23 and move along the first wall surface 231. In this case, the second supply flow passage 22 may be formed to have a larger width than the first supply flow passage 21 (w2> w1). Accordingly, the flow rate of the second fluid introduced into the first integrated flow path 23 may be greater than the flow rate of the first fluid to effectively concentrate the first fluid toward the first wall surface 231.

제1 통합 유로(23)는 광 파이버(41)가 설치되어 레이저 빔을 조사받는 레이저 빔 조사 영역(26)을 포함한다. 광 파이버(41)는 레이저 발진 장치(40)와 연결되어 이로부터 입자 분리에 필요한 레이저 빔을 제공받는다. 레이저 빔은 532nm 파장을 가지는 Nd:YAG 연속 파장 레이저일 수 있다. 레이저 빔의 종류와 파장은 전술한 예에 한정되지 않으며, 다른 파장을 가지는 다른 종류의 레이저가 사용될 수 있다.The first integrated flow path 23 includes a laser beam irradiation area 26 in which an optical fiber 41 is installed to receive a laser beam. The optical fiber 41 is connected to the laser oscillation device 40 to receive a laser beam required for particle separation therefrom. The laser beam may be an Nd: YAG continuous wavelength laser having a 532 nm wavelength. The type and wavelength of the laser beam are not limited to the above examples, and other types of lasers having different wavelengths may be used.

광 파이버(41)는 제1 통합 유로(23)의 제1 벽면(231)에 설치되어 제1 벽면(231)으로부터 제2 벽면(232)을 향해 레이저 빔을 조사한다. 즉, 광 파이버(41)는 제1 벽면(231)을 따라 흐르는 복수의 입자들로 레이저 빔을 조사한다. 그러면 레이저 빔에 의한 광력에 의해 복수의 입자들은 흐름 방향과 수직한 방향으로 흩어진다.The optical fiber 41 is installed on the first wall surface 231 of the first integrated flow path 23 to irradiate the laser beam toward the second wall surface 232 from the first wall surface 231. That is, the optical fiber 41 irradiates a laser beam with a plurality of particles flowing along the first wall surface 231. Then, the plurality of particles are scattered in a direction perpendicular to the flow direction by the light force of the laser beam.

이때 입자들에 가해지는 광력은 입자의 크기와 굴절률에 비례하므로 레이저 빔 조사 영역(26)을 통과한 입자들은 크기와 굴절률에 따라 이동 거리에 차이가 생겨 이동 경로가 나뉘어진다. 즉, 레이저 빔을 조사받은 복수의 입자들 중 크기와 굴절률이 큰 입자들은 제1 벽면(231)으로부터 더 멀리 이동하고, 크기와 굴절률이 작아질수록 제1 벽면(231)으로부터 멀어지는 거리가 감소한다.In this case, since the light force applied to the particles is proportional to the size and refractive index of the particles, the particles passing through the laser beam irradiation region 26 have a difference in the moving distance depending on the size and the refractive index, thereby dividing the moving path. That is, among the plurality of particles irradiated with the laser beam, particles having a larger size and refractive index move farther from the first wall surface 231, and a distance from the first wall surface 231 decreases as the size and refractive index become smaller. .

이와 같이 제1 통합 유로(23)는 레이저 빔 조사 영역(26)을 포함함에 따라, 제1 벽면(231)을 따라 흐르는 입자들을 크기별로 분리시키는 기능을 한다. 제1 통합 유로(23)는 세 종류 이상의 입자들을 높은 정밀도로 분리시킬 수 있도록 충분히 넓은 폭을 가진다. 구체적으로, 제1 통합 유로(23)의 폭(w3)은 제1 유체에 포함된 입자들 중 가장 큰 입자와 가장 작은 입자의 크기 차이값의 1배 내지 2배로 설정된다. 편의상 상기 차이값을 최대 입자 크기 차이값이라 한다.As such, since the first integrated channel 23 includes the laser beam irradiation area 26, the first integrated channel 23 separates particles flowing along the first wall 231 by size. The first integrated flow path 23 has a width wide enough to separate three or more kinds of particles with high precision. Specifically, the width w3 of the first integrated flow path 23 is set to 1 to 2 times the size difference between the largest and smallest particles among the particles included in the first fluid. For convenience, the difference is referred to as the maximum particle size difference.

제1 통합 유로(23)의 폭(w3)이 최대 입자 크기 차이값의 1배 미만이면, 큰 입자들의 이동 거리를 충분히 확보할 수 없을 뿐만 아니라 비교적 큰 입자들간 궤적 차이를 적절하게 유도할 수 없으므로 세 종류 이상이 입자들을 분리시키는데 어려움이 생긴다. 한편, 제1 통합 유로(23)의 폭(w3)이 최대 입자 크기 차이값의 2배를 초과하면, 수력학적 렌즈에 의하여 입자가 한쪽 벽면으로 집중되는 현상이 약해지게 되어 입자의 정렬이 어려워 진다.If the width w3 of the first integrated flow path 23 is less than one time of the maximum particle size difference value, not only can the movement distance of large particles be sufficiently secured, but also the trajectory difference between relatively large particles cannot be appropriately derived. More than three species have difficulty separating particles. On the other hand, if the width w3 of the first integrated flow path 23 exceeds twice the maximum particle size difference value, the phenomenon that the particles are concentrated on one wall by the hydraulic lens becomes weak, which makes the alignment of the particles difficult. .

제1 통합 유로(23)는 레이저 빔 조사 영역(26)을 지나 곡선 유로(27)를 거쳐 제2 통합 유로(24)와 연결된다. 곡선 유로(27)는 레이저 빔 조사 영역(26)에서 분리된 입자들의 궤적을 포괄할 수 있도록 입자들이 분산되는 방향을 따라 굽은 모양으로 형성된다. 또한 곡선 유로(27)는 유체 흐름 방향을 따라 점진적으로 확대되는 폭으로 형성되어 분리된 입자들의 궤적간 거리를 확대시킨다.The first integrated flow path 23 is connected to the second integrated flow path 24 through the laser beam irradiation area 26 and through the curved flow path 27. The curved flow path 27 is formed in a curved shape along the direction in which the particles are dispersed to cover the trajectories of the particles separated in the laser beam irradiation area 26. In addition, the curved flow path 27 is formed to have a width gradually expanding along the fluid flow direction to enlarge the distance between the trajectories of the separated particles.

곡선 유로(27)는 제1 벽면(231)과 이어지는 제3 벽면(271)과, 제2 벽면(232)과 이어지는 제4 벽면(272)을 포함한다. 제3 벽면(271)은 제4 벽면(272)보다 큰 길이와 큰 곡률 반경을 갖도록 형성된다. 제2 통합 유로(24)는 곡선 유로(27)의 최대 폭과 같은 폭(w4)을 가지며, 직선으로 형성된다. 제2 통합 유로(24)는 제1 통합 유로(23)에 대해 직각으로 배치될 수 있다.The curved flow path 27 includes a first wall surface 231, a third wall surface 271, and a second wall surface 232, and a fourth wall surface 272. The third wall surface 271 is formed to have a greater length and larger radius of curvature than the fourth wall surface 272. The second integrated flow passage 24 has a width w4 equal to the maximum width of the curved flow passage 27 and is formed in a straight line. The second integration channel 24 may be disposed at a right angle with respect to the first integration channel 23.

따라서 레이저 빔 조사 영역(26)에서 분리된 입자들은 곡선 유로(27)를 따라 흐르면서 서로간 거리가 확대되며, 제2 통합 유로(24)를 따라 흐르면서 분리된 거리를 유지한채 크기별로 나란히 이동한다. 이와 같이 곡선 유로(27)와 제2 통합 유로(24)의 폭 확장에 따라 레이저 빔 조사 영역(26)에서 분리된 입자들의 궤적간 거리를 확대시켜 입자들의 분리 정밀도를 높일 수 있다.Therefore, the particles separated in the laser beam irradiation area 26 flow along the curved flow path 27, and the distance between each other increases, and moves along the size while maintaining the separated distance along the second integrated flow path 24. As such, the separation distance between the tracks of the particles separated in the laser beam irradiation area 26 may be increased according to the width expansion of the curved flow path 27 and the second integrated flow path 24.

제2 통합 유로(24)의 폭(w4)은 제1 통합 유로(23) 폭(w3)의 10배 내지 30배일 수 있다. 제2 통합 유로(24)의 폭(w4)이 제1 통합 유로(23) 폭(w3)의 10배 미만이면, 레이저 빔 조사 영역(26)에서 분리된 입자들의 궤적간 거리를 확대시키는 효과가 적어지므로 입자들의 분리 정밀도를 높이는데 어려움이 생긴다. 한편, 제2 통합 유로(24)의 폭(w4)이 제1 통합 유로(23) 폭(w3)의 30배를 초과하면, 유로의 확장으로 인하여 입자들의 거동에 필요한 유속값을 만족하지 못하게 된다. 이로 인하여 작은 크기의 입자들이 처음의 궤적을 벗어나 확산 현상의 영향을 받게 되어 정밀한 분리가 어려워 진다.The width w4 of the second integration channel 24 may be 10 to 30 times the width w3 of the first integration channel 23. When the width w4 of the second integrated channel 24 is less than 10 times the width w3 of the first integrated channel 23, the effect of enlarging the distance between the tracks of the particles separated in the laser beam irradiation area 26 is increased. This reduces the difficulty in increasing the separation precision of the particles. On the other hand, if the width w4 of the second integrated flow path 24 exceeds 30 times the width w3 of the first integrated flow path 23, the flow rate value required for the behavior of the particles may not be satisfied due to the expansion of the flow path. . As a result, small-sized particles escape the initial trajectory and are affected by the diffusion phenomenon, making it difficult to precisely separate the particles.

제2 통합 유로(24)는 복수의 배출 유로(25)와 연결되며, 각 배출 유로(25)는 분리된 입자들의 궤적에 대응한다. 각 배출 유로(25)의 출구측 일단에는 분리된 입자들이 포함된 유체를 배출하기 위한 원형의 아웃렛 공간(251)이 형성될 수 있다. 도 2에서는 제1 유체에 세 종류의 입자들이 포함되고, 제2 통합 유로(24)에 세 개의 배출 유로(25)가 연결된 경우를 예로 들어 도시하였다. 그러나 제1 유체에 포함된 입자들의 종류 및 배출 유로(25)의 개수는 도시한 예에 한정되지 않는다.The second integrated flow passage 24 is connected to the plurality of discharge flow passages 25, and each discharge flow passage 25 corresponds to the trajectory of the separated particles. A circular outlet space 251 for discharging the fluid including the separated particles may be formed at one end of the outlet side of each discharge passage 25. In FIG. 2, three types of particles are included in the first fluid and three discharge passages 25 are connected to the second integrated passage 24. However, the kind of particles contained in the first fluid and the number of discharge passages 25 are not limited to the illustrated example.

유체 공급 장치(30)는 공급 배관(31)을 통해 입자 분리 유닛(10)과 연결되고, 입자 분리 유닛(10)에 제1 유체와 제2 유체 중 적어도 하나의 유체를 제공한다. 도 1에서는 제2 공급 유로(22)의 인렛 공간(221)에 제2 유체, 예를 들어 생리 식염수와 물의 혼합물을 공급하는 유체 공급 장치를 도시하였다. 입자 분리 유닛(10)의 배출 유로(25)는 도시하지 않은 배출 배관을 통해 유체 배출 장치와 연결될 수 있다.The fluid supply device 30 is connected to the particle separation unit 10 through a supply pipe 31, and provides the particle separation unit 10 with at least one fluid of the first fluid and the second fluid. 1 illustrates a fluid supply device for supplying a second fluid, for example, a mixture of physiological saline and water, to the inlet space 221 of the second supply flow passage 22. The discharge passage 25 of the particle separation unit 10 may be connected to the fluid discharge device through a discharge pipe (not shown).

레이저 발진 장치(40)는 광 파이버(41)와 광원부(42) 및 파워 서플라이(43)를 포함할 수 있다. 조명 장치(50)는 적색 발광 다이오드(51)와, 적색 발광 다이오드(51)의 광량을 제어하는 전원 조절부(52)를 포함할 수 있다. 광원부(42)의 레이저는 532nm 파장일 수 있으며, 적색 발광 다이오드(51)는 700nm 이상의 파장대이다. 조명 장치(50)는 532nm 파장을 투과시키지 않는 롱 패스 필터(long pass filter)를 사용하여 영상을 취득하며, 이를 위하여 상대적으로 파장이 긴 적색 발광 다이오드(51)를 사용한다.The laser oscillation device 40 may include an optical fiber 41, a light source unit 42, and a power supply 43. The lighting device 50 may include a red light emitting diode 51 and a power control unit 52 that controls the amount of light of the red light emitting diode 51. The laser of the light source unit 42 may have a wavelength of 532 nm, and the red light emitting diode 51 may have a wavelength band of 700 nm or more. The lighting device 50 acquires an image by using a long pass filter that does not transmit 532 nm wavelength, and for this purpose, a red light emitting diode 51 having a relatively long wavelength is used.

촬영 장치(60)는 입자 분리 유닛(10)의 하부에 위치하며, 촬상 카메라(61)와 미러(62) 및 간섭 필터(63)를 포함할 수 있다. 촬상 카메라(61)가 획득한 영상 정보는 컴퓨터(64)의 모니터(65)로 출력되어 작업자가 모니터(65)를 보면서 입자들의 분리 상황을 파악할 수 있도록 한다. 또한, 조명 장치(50)의 전원 조절부(52)는 컴퓨터(64)와 연결되어 작업자가 입력하는 제어 신호에 의해 작동할 수 있다.The imaging device 60 may be positioned below the particle separation unit 10 and may include an imaging camera 61, a mirror 62, and an interference filter 63. The image information obtained by the imaging camera 61 is output to the monitor 65 of the computer 64 so that an operator can grasp the separation state of the particles while looking at the monitor 65. In addition, the power control unit 52 of the lighting device 50 may be connected to the computer 64 to operate by a control signal input by the operator.

본 실시예의 입자 분리 시스템(100)은 레이저 빔에 의한 광력과 제1 통합 유로(23)의 확장된 폭을 이용함에 따라, 제1 유체에 포함된 세 종류 이상의 입자들을 크기 별로 정확하게 분리시킬 수 있다. 예를 들어, 제1 유체에 포함된 2㎛, 5㎛, 및 10㎛ 크기의 입자들을 분리할 수 있다. 분리 가능한 입자들의 크기는 전술한 예에 한정되지 않으며, 10㎛보다 큰 입자들에 대해서도 크기 별로 정확하게 분리할 수 있다.The particle separation system 100 according to the present exemplary embodiment may accurately separate three or more kinds of particles included in the first fluid according to sizes by using the optical power generated by the laser beam and the expanded width of the first integrated flow path 23. . For example, particles having a size of 2 μm, 5 μm, and 10 μm included in the first fluid may be separated. The size of the separable particles is not limited to the example described above, and can be accurately separated by size even for particles larger than 10 μm.

본 실시예의 입자 분리 시스템(100)은 의료 진단, 화학 성분 분석 및 합성, 실시간 환경 모니터링, 및 랩온어칩(lab-on-a-chip) 장치 개발 등에 유용하게 적용될 수 있다.The particle separation system 100 of the present embodiment can be usefully applied to medical diagnosis, chemical composition analysis and synthesis, real-time environmental monitoring, and lab-on-a-chip device development.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, Of course.

100: 입자 분리 시스템 10: 입자 분리 유닛
11: 기판 20: 미세 유로
21: 제1 공급 유로 22: 제2 공급 유로
23: 제1 통합 유로 24: 제2 통합 유로
25: 배출 유로 26: 레이저 빔 조사 영역
27: 곡선 유로 30: 유체 공급 장치
40; 레이저 발진 장치 41: 광 파이버
50: 조명 장치 60: 촬영 장치100: particle separation system 10: particle separation unit
11: substrate 20: fine flow path
21: first supply flow path 22: second supply flow path
23: first integrated channel 24: second integrated channel
25: discharge passage 26: laser beam irradiation area
27: curve flow path 30: fluid supply device
40; Laser Oscillation Device 41: Optical Fiber
50: lighting device 60: shooting device

Claims (15)

일면에 미세 유로를 형성한 기판을 포함하는 입자 분리 유닛에 있어서,
상기 미세 유로는,
크기와 굴절률이 다른 적어도 세 종류의 입자들을 포함하는 제1 유체가 투입되는 제1 공급 유로;
상기 제1 공급 유로에 대해 예각의 경사각을 두고 배치되며, 입자를 포함하지 않는 제2 유체가 투입되는 제2 공급 유로; 및
상기 제1 공급 유로 및 상기 제2 공급 유로와 연결되어 제1 유체 및 제2 유체를 제공받으며, 레이저 빔을 조사받아 레이저 빔에 의한 광력으로 제1 유체의 입자들을 크기별로 분리시키는 레이저 빔 조사 영역을 구비하는 제1 통합 유로
를 포함하며,
상기 제1 통합 유로는 제1 유체의 입자들 중 가장 큰 입자와 가장 작은 입자의 크기 차이값의 1배 내지 2배의 폭을 가지는 입자 분리 유닛.In the particle separation unit comprising a substrate having a fine flow path formed on one surface,
The fine flow path,
A first supply flow path into which a first fluid including at least three kinds of particles having different sizes and refractive indices is introduced;
A second supply flow path disposed at an acute angle with respect to the first supply flow path, into which a second fluid containing no particles is injected; And
A laser beam irradiation area which is connected to the first supply channel and the second supply channel to receive a first fluid and a second fluid, and that separates particles of the first fluid by size by light from the laser beam. First integrated flow path having a
Including;
And the first integration channel has a width that is one to two times the size difference between the largest and smallest particles among the particles of the first fluid. 제1항에 있어서,
상기 기판은 유리, 고분자 수지, 및 실리콘 중 어느 하나로 제조되며, 상기 미세 유로는 소프트 리소그래피 공정으로 형성되는 입자 분리 유닛.The method of claim 1,
The substrate is made of any one of glass, polymer resin, and silicon, the fine flow path is a particle separation unit is formed by a soft lithography process. 제1항에 있어서,
상기 제1 공급 유로와 상기 제2 공급 유로는 직선으로 형성되며, 상기 제2 공급 유로는 상기 제1 공급 유로보다 큰 폭을 가지는 입자 분리 유닛.The method of claim 1,
The first supply flow passage and the second supply flow passage are formed in a straight line, and the second supply flow passage has a larger width than the first supply flow passage. 제3항에 있어서,
상기 제1 통합 유로는 상기 제1 공급 유로와 평행하게 위치하는 입자 분리 유닛.The method of claim 3,
And the first integrated flow path is positioned parallel to the first supply flow path. 제1항에 있어서,
상기 제1 통합 유로의 한쪽 벽면에 설치되어 상기 제1 통합 유로의 폭 방향을 따라 레이저 빔을 조사하는 광 파이버를 더 포함하는 입자 분리 유닛.The method of claim 1,
And an optical fiber provided on one wall of the first integrated flow path and irradiating a laser beam along a width direction of the first integrated flow path. 제5항에 있어서,
상기 제1 통합 유로는 상기 제1 공급 유로와 이어지는 제1 벽면과 상기 제2 공급 유로와 이어지는 제2 벽면을 포함하며, 상기 광 파이버는 상기 제1 벽면에 설치되는 입자 분리 유닛.The method of claim 5,
The first integrated flow path includes a first wall surface connected to the first supply flow path and a second wall surface connected to the second supply flow path, and the optical fiber is installed on the first wall surface. 제6항에 있어서,
상기 제1 통합 유로는 상기 레이저 빔 조사 영역을 지나 곡선 유로를 거쳐 제2 통합 유로와 연결되는 입자 분리 유닛.The method of claim 6,
And the first integrated flow passage is connected to the second integrated flow passage through the laser beam irradiation region and through a curved flow passage. 제7항에 있어서,
상기 곡선 유로는 상기 제2 벽면을 향해 굽은 모양으로 형성되며, 유체 흐름 방향을 따라 점진적으로 확대되는 폭을 가지는 입자 분리 유닛.The method of claim 7, wherein
The curved flow path is formed in a shape bent toward the second wall surface, the particle separation unit having a width gradually expanding along the fluid flow direction. 제8항에 있어서,
상기 곡선 유로는 상기 제1 벽면과 이어지는 제3 벽면과, 상기 제2 벽면과 이어지는 제4 벽면을 포함하며, 상기 제3 벽면은 상기 제4 벽면보다 큰 길이와 큰 곡률 반경을 가지는 입자 분리 유닛.The method of claim 8,
The curved flow path includes a third wall surface connected to the first wall surface and a fourth wall surface connected to the second wall surface, wherein the third wall surface has a length larger than the fourth wall surface and a larger radius of curvature. 제8항에 있어서,
상기 제2 통합 유로는 상기 곡선 유로의 최대 폭과 같은 폭을 가지며 직선으로 형성되는 입자 분리 유닛.The method of claim 8,
And the second integrated flow path has a width equal to the maximum width of the curved flow path and is formed in a straight line. 제7항에 있어서,
상기 제2 통합 유로의 폭은 상기 제1 통합 유로 폭의 10배 내지 30배인 입자 분리 유닛.The method of claim 7, wherein
And a width of the second integrated flow path is 10 to 30 times the width of the first integrated flow path. 제7항에 있어서,
상기 제2 통합 유로는 복수의 배출 유로와 연결되며, 상기 복수의 배출 유로는 분리된 입자들의 궤적에 대응하여 위치하는 입자 분리 유닛.The method of claim 7, wherein
The second integrated passage is connected to a plurality of discharge passage, the plurality of discharge passage is located in correspondence with the trajectory of the separated particles. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 입자 분리 유닛;
공급 배관을 통해 상기 입자 분리 유닛과 연결되어 상기 입자 분리 유닛으로 제1 유체와 제2 유체 중 적어도 하나의 유체를 공급하는 유체 공급 장치; 및
상기 입자 분리 유닛으로 레이저 빔을 제공하는 레이저 발진 장치
를 포함하는 입자 분리 시스템.The particle separation unit according to any one of claims 1 to 12;
A fluid supply device connected to the particle separation unit through a supply pipe to supply at least one of a first fluid and a second fluid to the particle separation unit; And
A laser oscillation device for providing a laser beam to the particle separation unit
Particle separation system comprising a. 제13항에 있어서,
상기 입자 분리 유닛으로 조명 빛을 제공하는 조명 장치; 및
상기 입자 분리 유닛을 촬영하는 촬영 장치
를 더 포함하는 입자 분리 시스템.The method of claim 13,
An illumination device for providing illumination light to the particle separation unit; And
Imaging device for photographing the particle separation unit
Particle separation system further comprising. 제14항에 있어서,
상기 조명 장치는 적색 발광 다이오드와, 상기 적색 발광 다이오드의 광량을 제어하는 전원 조절부를 포함하고, 상기 촬영 장치는 촬상 카메라와 미러 및 간섭 필터를 포함하며, 상기 촬영 카메라에서 획득한 영상을 모니터로 출력하는 입자 분리 시스템.The method of claim 14,
The lighting apparatus includes a red light emitting diode and a power control unit for controlling the amount of light of the red light emitting diode, and the photographing apparatus includes an imaging camera, a mirror, and an interference filter, and outputs an image obtained from the shooting camera to a monitor. Particle separation system.
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